基于GIS的山洪灾害风险区划及预警

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  【摘要】:借助GIS分析工具,将研究区域危险度和易损度进行叠合分析,得到研究区域山洪灾害风险评价图 根据区划结果对山洪易发地区的风险投资、区域开发和灾害管理提供决策依据。并从河道安全泄洪流量出发,构建了暴雨临界曲线作为山洪灾害预警标准。根据暴雨临界曲线以次降雨的累计降雨量和前 1h 的降雨量在曲线图上所处的位置,判别是否引发山洪灾害,保障人民的生命财产安全。
  【关键词】: 山洪灾害 GIS 风险区划 山洪预警 暴雨临界曲线
  1 、 引言
  我国山丘区面积约占国土面积的2/3,山丘区人口占全国人口的56%。由于地处东亚季风区,暴雨频发,复杂的地形地质条件、独有的地貌特征、多样的气候因素、密集的人口分布和不断扩大的人类活动的影响,导致山洪灾害发生频繁,是世界上山洪灾害最严重的国家之一。随着防治区内经济存量、人口密度、社会财富大幅增长,山洪灾害的风险程度和损失也将显著增加,山洪灾害已经成为当前防洪减灾工作中的突出问题。
  2、 洪灾危险性区划
  山洪灾害风险区划是指根据研究区山洪危险性特征,并参考区域承灾能力及社会经济状况,把山洪灾害划分为不同风险等级的区域[1,2]。山洪发灾突然、空间尺度小、分布数量多、成灾迅速,其水文和动力参数难以进行观测而取得,并且采用遥感技术也难以获得其泛滥范围等多种特殊性,使其研究难度较大,由于山洪风险性评估与地理空间信息和属性信息关系密切,而GIS软件又具有功能齐全的处理地理空间信息的能力和良好的模型结合与处理效果,所以山洪风险性评估与GIS的有机结合也成为必然的趋势,GIS技术在山洪风险性评估中应用,可以大大地提高评价的精度和速度,
  山洪灾害风险区划涉及到研究区内的山洪危险性分析和易损性分析两个方面。危险性指成灾的范围、深度、灾害的频度;易损性指承灾体可能受到的损失程度。风险区划相关的危险性因子包括:降雨特征、地形坡度、河网分布、洪峰流量、植被覆盖度、综合灾度;易损性因子包括:人口密度、房屋资产、耕地百分比、单位面积工农业产值。
  这些因子均具有较强区域差异性,适宜用空间数据表达,而GIS作为空间数据管理与分析的重要技术方法,对山洪灾害评估有着极大的支持与辅助作用。
  由于山洪灾害的形成条件复杂,各评价因子的影响程度不同,而且开展区域性危险性评价的指标和界线又不分明,因此采用区域图层叠代评价法进行山洪灾害风险性区划。在山洪灾害风险区划中,危险度是前提,易损度是基础,风险则是结果[3],将山洪危险度和易损度进行叠合分析,划分高、较高,中、低风险区,由此得到研究区域山洪灾害风险评价图 ,根据区划结果可对山洪易发地区的风险投资、区域开发和灾害管理提供决策依据。
  3、洪灾预警
  一旦山区突发暴雨,有洪灾发生可能性,就必须进行有效的山洪预警,充分利用暴雨后的短暂时间及时快速的做出山洪预警决策,做好人员转移,是防范山洪灾害,保证人民生命安全的最有效途径。
  由于山洪流量是累积雨量和降雨强度综合作用的结果,因此前期降雨势必影响后期降雨的产流,即相同的降雨强度由于前期降雨不同,便会有不同的产流结果,所以应以前期降雨量、降雨强度双重指标作为山洪灾害预警标准。
  最小临界雨量
  在山区小流域,当某时段降雨量达到某一量级时,所形成的山洪刚好为河道的安全泄洪能力,如果大于这一降雨量将可能引发山洪灾害,该降雨量称为临界雨量[4]。降雨过程中,随着累积雨量的增加,集水区域内滞蓄雨水的能力减弱,其临界雨量存在逐渐减少的趋势,当累积雨量足够大时,临界雨量接近一个不为零的常数。如果累积雨量足够大、降雨持续,且达到恒定的产流,河道相应断面口的流量保持不变,由此推算出的临界雨量就是相应的最小临界雨量。若不考虑降雨损失,则在特定的河道断面单位时间下泄的水量即为对应时段的降水总量,若下泄的流量为河道的安全泄洪流量,则其1h对应的降雨量就是最小临界雨量。
  由水量平衡方程:0.10**=3.6 可得:
  暴雨临界曲线
  暴雨临界曲线是指1h降雨量与累积雨量的关系曲线,1h降雨量反映了降雨强度,累积降雨量反映了次降雨量的大小,暴雨临界曲线反映了降雨的基本特征。对于引发山洪灾害的降雨过程,在暴雨曲线上必然存在其引发山洪流量恰好与河道安全泄洪能力相对应的暴雨临界点,由不同暴雨临界点连接成的曲线即为暴雨临界曲线,暴雨临界曲线一旦跨越界限,则山洪灾害可能发生。
  由于临界雨力是降雨过程中历时1h的最大降雨量,因此可把初始1h达到临界雨力的降雨量作为暴雨临界曲线的起点,随着累积雨量的增大,其1h临界雨量会逐渐减小,当累积雨量足够大时,1h的临界雨量接近最小临界雨量,暴雨临界曲线表达式为:y=(ax+b)/x
  式中y是1h的临界雨量,x是次降雨过程对应y的临界累积雨量,a、b为参数。
  4、 结论
  山洪灾害已成为山区经济开发和可持续发展中的一个非常突出问题,为了加强山洪风险管理和风险决策,指导合理的土地利用和减轻山洪灾害,对研究区域进行合理的洪灾风险区划是一项行之有效的措施。此外,山区一旦发生暴雨,在持续降雨过程中进行实时观测,基于观测数据进行山洪预警,这对防洪减灾工作具有重大意义。
  参 考 文 献:
  [1]周成虎,万庆,黄诗峰.基于GIS的洪水灾害风险区划研究.地理学报,2000,55(1):15-23.
  [2] 陈华丽,陈刚,丁国平.基于GIS的区域洪水灾害风险评价.人民长江,2003,34(6):49-52.
  [3]刘希林,莫多闻.泥石流风险评价.成都:四川科技出版社,2002.1-8.
  [4] 全国山洪灾害防治规划领导小组. 山洪灾害临界雨量分析计算细则[Z]. 2003.
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